Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1992/93

Wahlaufgabe 5: Elektrizitätslehre

5.1     Schülerexperiment

Aufgabe:
Nehmen Sie die 1-U-Kennlinie einer 6 V - Glühlampe auf!

Vorbereitung:
1. Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan!
2. Entwerfen Sie eine Messwerttabelle für fünf Messwertpaare!

Durchführung:
1. Bauen Sie die Schaltung nach Ihrem Schaltplan auf!
2. Lassen Sie die Schaltung vom Lehrer überprüfen!
3. Führen Sie die Messungen durch! Notieren Sie die Messwerte in der Tabelle! Beachten Sie dabei die für die Glühlampe zulässige Höchstspannung!

Auswertung:
1. Zeichnen Sie auf Millimeterpapier entsprechend Ihrer Messwertreihe ein I-U-Diagramm!
2. Berechnen Sie für die größte und kleinste angelegte Spannung den elektrischen Widerstand der Glühlampe!
3. Begründen Sie, warum die berechneten Widerstandswerte nicht übereinstimmen!
4. Geben Sie eine Fehlerquelle an, die die Genauigkeit Ihrer Messergebnisse beeinflusst hat!

5.2 Elektrische Leitungsvorgänge in Halbleitern

5.2.1 Welche beiden Voraussetzungen müssen für alle elektrischen Leitungsvorgänge erfüllt sein?

5.2.2 Von einem Halbleiterbauelement wurde bei einer konstanten Spannung von U = 4 V die Temperaturabhängigkeit des
elektrischen Widerstandes untersucht. Es entstand das folgende R-n-Diagramm:

5.2.3 Bestimmen Sie aus dem Diagramm den elektrischen Widerstand des Halbleiters bei n1=10°C und n2=40°C!
Vergleichen Sie die elektrischen Widerstände!

5.2.4 Erklären Sie, warum sich der elektrische Widerstand eines Halbleiters bei Temperaturerhöhung ändert!

5.2 5 Berechnen Sie die Stromstärke bei den Temperaturen n1 und n2!

5.3   Vorwiderstände

5.3.1 Eine Glühlampe (1,8 V / 0,2 A) soll an eine Gleichspannungsquelle (6 V) angeschlossen werden. Dazu wird ein Widerstand (Vorwiderstand) mit der Glühlampe in Reihe geschaltet.
Zeichnen Sie den Schaltplan!

5.3.2  Berechnen Sie den Vorwiderstand!

5.3.3  Für den Aufbau der Schaltung stehen technische Widerstände von 10 Ohm und 23 Ohm zur Verfügung.
Wählen Sie aus!

5.3.4  Begründen Sie Ihre Auswahl


Lösung Wahlaufgabe 5: Elektrizitätslehre
(Bitte beachten Sie den Hinweis am Ende der Seite)

5.1   Schülerexperiment:

Schaltplan:
 

Messwerte:

U in V
0
0,035
0,9
1,9
3,1
4,0
5,1
I in mA
0
30,5
145
208
278
320
365

Diagramm:


Berechnung des elektrischen Widerstandes für die kleinste angelegte Spannung:

Berechnung des elektrischen Widerstandes für die größte angelegte Spannung:


Die berechneten Widerstandswerte stimmen nicht überein, da bei höherer Spannung die Temperatur des metallischen Glühfadens  zunimmt und damit der elektrische Widerstand größer wird.

Fehlerquelle: Messgerätefehler, Ablesefehler

5.2   Elektrische Leitungsvorgänge in Halbleitern

5.2.1 Voraussetzungen:
- Elektrisches Feld
- Frei bewegliche Ladungsträger

5.2.2 n1 = 10°C     ®       R1 = 620 W
n2 = 40°C       ®        R2 = 90 W

5.2.3 R1 > R2

5.2.4 Bei Temperaturerhöhung werden mehr elektrische Ladungsträger in Halbleitern frei, deshalb wird der elektrische Widerstand kleiner.

5.2.5 Geg.: U = 4 V

5.3Vorwiderstände

5.3.1

5.3.2 ges.: RV
geg.:
IV = 0,2 A
UV = 6V – 1,8V = 4,2 V

Lösung:

Der Vorwiderstand muss 21 Ohm betragen.

5.3.3 Ich nehme den Vorwiderstand mit 23 Ohm.

5.3.4 Bei Verwendung des 10 Ohm-Widerstandes wäre der Spannungsabfall zu gering, so dass die Lampe zerstört würde


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